Procédé de cure

Les conditions de conservation influencent les propriétés physico-chimiques de la matrice. Le retrait ou l’hydratation de la matrice par exemple entrainent une modification de l’adhérence renfort-matrice et par conséquent une modification du comportement du composite.

Colombo et al. [83] ont testé trois différents procédés de cure sur une configuration de composite identique : cure dans l’air et dans l’eau pendant 28 jours, et pendant 6 jours à 60˚C dans l’air. Les résultats, présentés sur la figure 1.43.a, montrent que la cure dans l’eau présente les plus faibles propriétés mécaniques : contrainte de première fissuration, rigidité dans la phase post-fissuration et contrainte ultime. Cela peut s’expliquer par la pénétration de l’eau qui conduit à la réduction de la liaison entre le textile et la matrice. En revanche, les éprouvettes conservées dans l’air présentent les meilleures performances en raison du retrait important de la matrice qui peut conduire à une augmentation du frottement à l’interface textile-matrice, et par conséquent une amélioration de l’adhérence textile-matrice. Quant aux éprouvettes ayant subi une cure à 60˚C pendant 6 jours, elles présentent des propriétés moyennes par rapport aux deux cas précédents.

Dvorkin et Peled [41] ont étudié l’effet du vieillissement sur les propriétés mécaniques en traction du composite en carbone. Deux procédés de cure ont été comparés : une cure normale (RC) qui consiste à mettre les éprouvettes dans l’eau pendant 21 jours, et une cure accélérée (AC) qui consiste à immerger les éprouvettes de cure RC dans de l’eau à 50˚C pendant 21 jours supplémentaires. L’étude montre que les éprouvettes de cure AC présentent les meilleures propriétés mécaniques : grande résistance, grande rigidité et faible espacement entre fissures (figure 1.43.b).

Figure 1.43 – Influence du procédé de cure sur le comportement du TRC ; (a) [83] et (b) [41]

1.5.3 Modes de rupture du TRC

Dans le cas d’un renfort non pré-imprégné, peu d’auteurs décrivent les modes de ruptures observés lors d’un essai de traction directe sur une éprouvette TRC. Hegger et al. [77] ont constaté une augmentation plus importante de l’ouverture entre les lèvres des fissures situées au voisinage des talons par rapport aux fissures situées au centre de l’éprouvette lorsque la charge tend vers la charge de rupture. Ainsi, la rupture de l’éprouvette se produit dans la

zone avoisinant les talons. Selon l’auteur, cela est dû à l’effet d’arrachement et la différence d’imprégnation entre les filaments internes et externes du fil constituant le renfort textile (figure 1.44).

Figure 1.44 – Déformation des filaments internes et externes d’un fil le long de l’éprouvette [77] Contamine [24] a aussi observé une rupture de l’éprouvette au niveau des fissures au voisi-nage des talons, il a expliqué cela par la concentration de contrainte dans le renfort au niveau du talon, attribuée à l’effet d’arrachement textile-matrice. Dans le cas d’un renfort textile constitué de fils multifilaments non pré-imprégnés, l’imprégnation du fil par la matrice est inhomogène, ce qui provoque une amplification significative de la surcontrainte entrainant un mode de rup-ture télescopique au niveau des fissures à proximité des talons (figure 1.45.a). Dans le cas d’un renfort pré-imprégné, l’adhérence fil-matrice est améliorée. Hegger et al. [77] ont constaté une rupture par délaminage pour un composite TRC dont le renfort, textile tricoté en verre AR, a été pré-imprégné par époxy. Ce mode de rupture est engendré par des efforts de traction perpendiculaires au plan du textile. Contamine [24] a constaté, dans le cas du renfort textile constitué de fils mono-filaments ou multi-filaments pré-imprégnés présentant une adhérence in-terne (filaments exin-ternes-filaments inin-ternes) supérieure à l’adhérence exin-terne (matrice-filaments externes), une légère concentration de contrainte au niveau de la fissure à proximité des talons (figure 1.45.b). En fonction de l’amplitude de cette surcontrainte et de la dispersion de la résis-tance le long des fils, la rupture du composite peut apparaître au niveau de la fissure à proximité des talons, ou aléatoirement le long de l’éprouvette.

1.6 Conclusion

Dans la première partie de cette étude bibliographique, nous avons exposé les éléments constitutifs d’un matériau composite TRC. D’abord nous avons donné un aperçu général de l’état actuel du développement des matrices minérales utilisées pour la production des TRC, ensuite nous avons mis en avant les types de fibres utilisées pour la production des renforts textiles permettant la production des éléments de TRC très minces et de formes complexes ayant d’excellentes propriétés mécaniques.

Dans la seconde partie, nous avons présenté les différentes techniques de production des composites TRC. Le choix du procédé de production dépend de la matrice et du renfort utilisés ainsi que de la destination du composite. Pour des applications in situ, notamment dans le cas

Figure 1.45 – Surcontrainte engendrée par les talons [24]

de renforcement et réparation des structures, les procédés de coulage, laminage et projection semblent être les mieux adaptés. Tandis que les techniques dérivées du principe de pultru-sion permettent la préfabrication des matériaux en usine par des machines sophistiquées. Leur avantage est la fabrication des composites avec un taux de renfort plus élevé et une meilleure adhérence renfort-matrice.

La littérature a clairement mis en lumière que l’adhérence renfort-matrice cimentaire est le facteur clé affectant le comportement mécanique du composite TRC. Cette adhérence dépend de plusieurs paramètres à savoir la nature de la matrice, le type de renfort et sa structure et le type de procédé de fabrication. La caractérisation de cette adhérence a été abordée dans la troisième partie de ce chapitre en exposant les résultats des essais d’arrachement et de traction ainsi que les observations microscopiques. Dans le cas d’un renfort constitué de fils multi-filaments non pré-imprégnés, la pénétration de la matrice est limitée aux multi-filaments externes, ce qui produit un mécanisme de rupture spécial appelé rupture télescopique, se caractérisant par la rupture successive des filaments externes et le glissement des filaments internes. Afin de rendre les filaments internes efficaces, le renfort peut être pré-imprégné soit par polymère ou bien par charges minérales. Bien que la pré-imprégnation par polymère permette d’améliorer le comportement du composite, elle engendre une rupture par délaminage. De plus, le poly-mère est sensible aux températures élevées. En revanche la pré-imprégnation par des charges minérales, thermiquement stables, constitue une solution qui pourrait être efficace pour amé-liorer l’adhérence fil-matrice et par conséquent la performance mécanique du composite. Dans la littérature, plusieurs études se sont intéréssées à modéliser ce comportement d’adhérence entre les fils multi-filaments et les matrices cimentaires. Pour tenir compte de l’imprégnation inhomogène du fil par la matrice, le système fil-matrice peut être modélisé par une structure multicouche dans la quelle le degré d’imprégnation diminue à partir de la périphérie vers le centre du fil.

La dernière partie de cette étude bibliographique est consacrée au comportement du TRC en traction directe. Les essais de caractérisation mettent en lumière le comportement non linéaire du composite caractérisé par trois différentes phases. Le comportement de ces trois phases est gouverné par plusieurs paramètres. Enfin nous avons exposé succinctement les modes de ruptures du composite TRC en fonction de sa pré-imprégnation ou non.